基于MIKE11模型的鹽城堤東地區防洪除澇體系研究

(鹽城市水利勘測設計研究院，江蘇 鹽城 224001)

基于MIKE11模型的鹽城堤東地區防洪除澇體系研究

楊桂書周進華王超磊

(鹽城市水利勘測設計研究院，江蘇 鹽城 224001)

平原河網地區水動力學條件復雜，治理難度較大。基于MIKEll軟件建立鹽城堤東地區河網模型，對模型進行率定和驗證，利用該模型對現狀排澇能力進行評估，并通過河道整治、擋潮閘下移等相關工程安排，較好模擬出鹽城市堤東地區規劃防洪排澇情況，為相關工程安排、規劃、管理和決策提供依據。

MIKE11；沿海平原河網；防洪排澇；水動力模型

1 前 言

鹽城堤東地區屬典型的沿海平原河網地區，由于受海潮、徑流交互影響，河道水位流量往復變化，水動力學條件較為復雜。隨著沿海開發的推進，對地區防洪排澇能力要求大幅提高。

MIKE11是目前世界上應用較為廣泛的商業軟件，具有計算穩定、精度高、可靠性強等特點，能方便靈活地模擬復雜河網水流、閘門、水泵等各類水工建筑物，在國內外得到廣泛應用。本文基于MIKE11軟件建立鹽城堤東地區水動力學河網模型，對模型進行率定、驗證，模擬鹽城堤東地區規劃防洪排澇情況，為相關工程安排、規劃、管理和決策提供依據。

2 堤東地區概況

鹽城市堤東地區位于一線海堤以西、海安縣境以北、通榆河以東、東臺大豐交界以南，區域面積約1655km2，以東臺河為界，東臺河以南面積1259km2，經區內的東臺河、三倉河、梁垛河、方塘河外排入海，為獨立排區；東臺河以北396km2澇水區域屬里下河地區。

東臺河以南地區地勢東高西低、南高北低、中間低洼，自然形成東、中、西三片，高程在▽3.00～5.50m。地區土質以砂土、砂壤土為主。東臺河以南堤東地區南北向匯水河道眾多，河網現已基本形成。排澇通過南北向河道調度，再通過東西向東臺河、三倉河、梁垛河、方塘河等四條河道自排入海。

3 模型建立

3.1 模型基本原理

MIKE11水動力模型是基于垂向積分的物質和動量守恒方程，即一維非恒定流圣維南方程組來模擬河流、河口的水流狀態。方程組采用Abbott六點隱式有限差分格式離散，結合邊界條件，用追趕法求解線性方程組，獲得河網中每個節點的水位或流量過程。圣維南方程組求解公式如下：

式中h——水位；Q——斷面流量；q——單位長度上的側向入流；BT——河面總寬度；u——斷面平均流速；C——謝才系數；R——水力半徑；Vx——側向入流在X向的分量。

3.2 模型構建

鹽城市堤東墾區模型為海堤內區域，范圍包括通榆河以東、東臺河以南、一線海堤以內、海安界以北區域，面積約1259km2。為便于計算，模型將區域河道進行概化，將對水動力計算影響不大的小河道簡化處理，具體做法將區域內主要河道采用實測斷面數據，一般小河道根據水量平衡原理，概化合并到相鄰的骨干河網上進行計算。

整個河網計算河道長度約784km，計算斷面1960個，斷面平均間距400m，湖泊、水塘等在模型的河道斷面中實現。模型中涉及的擋潮閘按照控制建筑物處理，計算時設定底檻高程、閘孔規模等參數，當閘下水位低于閘上水位時開閘，否則關閘。

河網模型示意圖如圖1所示。

圖1 河網模型示意圖

3.3 模型率定與驗證

模型驗證資料采用堤東地區2007年汛期6月26日—7月12日資料，資料分為兩個時間段，6月26日—7月7日通榆河沿線泵站未開機，堤東地區澇水自排入海；7月8—12日通榆河沿線泵站開啟，代排里下河地區澇水。

3.3.1 邊界及參數條件

降雨：采用堤東東臺河閘、東臺、三倉河閘、安豐、丁堡河閘、紅衛船閘、沈灶7個雨量站降雨資料。

流量：東臺抽水站、安豐抽水站、富安抽水站3站6月26日至7月7日關閉為墾區自排期；7月8—12日通榆河沿線泵站開啟，代排里下河地區澇水。

川水港閘、方塘河、梁垛河閘擋潮閘2007年6月26日—7月12日入海平均流量資料。

潮位：沿海閘下潮位資料。

3.3.2 驗證結果

由于東臺堤東地區水位站點分布于通榆河及沿海一線，內部無水文站點，故選用區內首西部通榆河一線的富安抽水站、安豐抽水站、東臺抽水站和東部擋潮閘方塘河閘上、梁垛河閘上、川水港閘上2007年6月26日—7月12日水位進行驗證。根據驗證，水位過程線基本吻合，各站最高水位相對誤差在0.78%～4.12%，故所建立的計算模型符合流域洪水演進的特性，該模型可用于鹽城市東臺地區的防洪排澇各方案洪水演進計算。各站洪水水位驗證結果見表1，各站水位驗證結果如圖2～圖7所示。

表1 各站洪水水位驗證結果

圖2 富安抽水站水位驗證結果

圖3 方塘河閘上水位驗證結果

圖4 安豐抽水站水位驗證結果

圖5 梁垛河閘上水位驗證結果

圖6 東臺抽水站水位驗證結果

圖7 川水港閘(東臺河閘)上水位驗證結果

4 堤東地區排澇現狀計算

4.1 邊界及相關參數

堤東地區5年一遇設計降雨為177mm，10年一遇設計降雨為207mm。

沿海5座擋潮閘，從北到南分別為川水港閘、梁垛河閘、梁垛河南閘、三倉河閘、方塘河新閘，均采用海口設計潮型。

東臺河、三倉河采用已實施規劃斷面，其余為現狀斷面。

墾區內最高水位控制通榆河一線不高于3.5m。

模型初始水位根據擋潮閘運行調度規則及航道通航要求，初始水位為2.20m。

4.2 現狀5年一遇排澇能力復核

現狀工況(東臺河下段及三倉河全線已整治)遭遇5年一遇暴雨時，堤東墾區內主要排澇河道的最高水位均低于3.5m，最高水位出現在梁垛河為3.50m，方塘河地區最高水位為3.42m，堤東現狀排澇能力達5年一遇標準。

4.3 現狀10年一遇排澇能力復核

現狀工況10年一遇暴雨情況下，堤東墾區內最高水位位于通榆河一線，最高水位北部梁垛河3.93m、南部方塘河3.80m，均遠大于3.50m控制水位。

堤東地區現狀排澇情況分析(10年一遇)見表2。

堤東墾區現狀10年一遇最高水位分布如圖8所示。

表2 堤東地區現狀排澇情況分析成果(10年一遇)

圖8 堤東墾區現狀10年一遇最高水位分布

4.4 計算結果

根據表2計算成果顯示，東臺河、三倉河經過整治效果明顯，河道一線水位明顯降低，其中三倉河全線整治后達到10年一遇排澇的規劃目標，東臺河需繼續實施上段工程整治任務，其余梁垛河、安弶河、方塘河3條骨干河道水位較高，相關整治規劃應重點安排對其進行整治，同時結合沿海供水要求確定其河道整治規模。

5 結 語

鹽城市堤東地區河網縱橫交錯，排澇受沿海潮位影響較大，本文以MIKE11模型為基礎，建立了鹽城市堤東地區的排澇水動力模型，并利用實測資料對模型進行率定驗證，結果表明建立的模型合理可靠。同時復核現狀排澇能力，表明上輪河道實施的三倉河、東臺河整治效果顯著，今后應重視剩余的3條骨干河道的治理，同時重視中部南北向潘堡河及閘上新港干河一線河道的治理。鹽城堤東地區水動力數學模型可以為堤東地區相關規劃、工程安排、管理調度及防災減災等提供可靠的指導和參考意見。

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ResearchonfloodcontrolandwaterloggingsystemofYanchengDidongregionbasedonMIKE11model

YANG Guishu, ZHOU Jinhua, WANG Chaolei

(YanchengWaterConservancySurveyandDesignInstitute,Yancheng224001,China)

The hydrodynamic conditions of the plain river network are complex with larger government difficulty. Yancheng Didong regional river network model is established on the basis of MIKEll software. The model is calibrated and verified. The model is utilized for evaluating current drainage capability. The plan and flood control drainage condition in Yancheng Didong region is better stimulated through river channel improvement, tidal brake downward movement and other related engineering arrangement.

MIKE11; coastal plain river network; flood control and drainage; hydrodynamic model

TV212.2

：A

：1005-4774(2017)09-0028-05

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.09.008